弹性、弹塑性时程分析法在结构设计中的应用

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1、PKPM软件园地建筑结构.技术通讯2007年1月弹性、弹塑性时程分析法在结构设计中的应用杨志勇黄吉锋（中国建筑科学研究院北京100013）0前言TAT，SATWE，PMSAP等软件均提供了地震力放大功能。地震作用是建筑结构可能遭遇的最主要灾害作用之一。SATWE地震作用放大系数见图1，可以通过适当地放大振几十年来，人们积累了大量的实测地震资料，这些资料多以型分解反应谱法的地震作用来满足相应的规范要求。TAT软位移、速度或者加速度时程的形式体现。与此相对应，时程件给出了一种折中的做法，如果设计者进行了弹性时程分分析方法也被认为是最直接的一种计算建筑结构地震响应析，则程序会将弹性时程分析结

2、果作为一种地震荷载工况进的方法。但是，由于地震作用随机性导致计算结果的不确定行组合、设计。但是为了避免设计结果过于保守，程序会进性，弹性时程分析方法只是结构设计的一种辅助计算方法；行构件弹性时程分析内力的预组合。虽然如此，抗震规范为了增强重要结构的抗震安全性，还是（2）“采用时程分析方法时，应按建筑场地类别和设计将弹性时程分析方法规定为常遇地震作用下振型分解反应地震分组选用不少于两组的实际强震记录和一组人工模拟谱法的一种补充计算方法；尤其是考虑了结构的弹塑性性能的加速度时程曲线”。建筑结构在不同地震波作用下的响应后，弹塑性时程分析方法更是被普遍认为是一种仿真的罕遇差别可能较大，选用多条

3、地震波的平均值可在一定程度上避地震作用响应计算方法。免离散性。人工模拟地震波一般是以规范反应谱为基础，通《建筑抗震设计规范》（GB50011－2001）第3.6.2，5.1.2，过蒙特卡罗方法来得到，更加贴近规范反应谱或反映场地土5.5.1，5.5.2，5.5.3等条文规定了时程分析相关的内容。下的当地特征。TAT，SATWE，PMSAP，EPDA等软件按照面结合TAT，SATWE，PMSAP和EPDA等软件应用，探讨结构的特征周期给出多组天然波和人工波，见图2。无论是如何将弹性、弹塑性时程分析正确应用到结构设计中去。进行弹性还是进行弹塑性时程分析，均要选取足够数量的地1弹性时程分析的

4、正确应用震波进行计算，以得到有代表意义的结果。正确地在软件中应用弹性时程分析方法需要对规范的相关条文规定有正确的认识。以下几点是需要特别明确的：（1）抗震规范第5.1.2条第3点规定，“可取多条时程曲线计算结果的平均值与振型分解反应谱法计算结果的较大值”。在设计过程中，如何实现“较大值”有不同的做法：1)设计采用弹性时程分析的构件内力响应包络值的多波平均值与振型分解反应谱法计算结果二者的较大值直接进行构件设计；2)在实现振型分解反应谱方法时，放大地震力使得到的楼层响应曲线包住时程分析楼层响应曲线的平均值。图2按照特征周期区分的地震波库（3）“多波平均地震响应系数曲线应与振型分解反应谱法

5、所采用的地震影响系数曲线在统计意义上相符”。其条文说明解释为二者在各个周期点上相差不大于20％。对于人工波来说，这一规定一般是天然满足的，因为人工波是拟合规范反应谱得到的。对于天然波来讲则较难满足，因为规范的反应谱是依据众多实际采集的地震动时程曲线通过平滑化后的概率平均意义上的结果。图3所示为上述软件地震波库0.45s特征周期中的2条天然波的动力放大系数谱曲线，图1SATWE地震作用放大系数可见与规范反应谱的差异还是明显的。那么如何执行规范的前一种做法可能使得构件配筋较大，因为在时程分析过这条规定呢？其实规范的规定从概念上讲是合理的，因为频程中，构件内力的最大响应具有不同时性，采用包络

6、值进行谱特征是地震波的最重要特征之一，一定程度上会影响时程设计会使得构件内力，尤其是压弯构件内力偏于保守。因此，分析结果的合理性。一种可行的做法是判断某条实际地震波11第一作者简介：杨志勇，男，1974.6出生，工学博士，副研究员。响应谱的最大卓越周期是否与结构的特征周期一致，或者是凝土高规等规定了弹塑性阶段变形验算的相关内容。但规范判断其几个最主要卓越周期是否包含在结构特征周期之内。没有详细规定其具体做法，下面结合EPDA软件应用阐述这种做法虽然是概念性的，但是一般是有效的和可执行的。弹塑性动力时程分析中的常见问题。对实际结构而言，弹塑性时程分析方法既是一种公认的仿真分析方法，又是复

7、杂和较难实现的。表现为：（1）计算工作量巨大。一、二十层的结构，通常的计图30.45s特征周期中的2条天然波的反应谱算时间为几个小时；三、四十层的结构，分析一条持时10s（4）“弹性时程分析时，每条时程曲线计算所得结构底以上地震波的计算时间通常在十个小时以上。虽然这种速度部剪力不应小于振型分解反应谱法计算结果的65％，多条已经使得弹塑性时程分析可以实用化了，但是对于不熟悉弹时程曲线计算所得结构底部剪力的平均值不应小于振型分塑性时程分析的多数结构